Основным параметром пневматической транспортной установки является скорость движения аэросмеси по трубопроводу, которая зависит от массы воздуха и диаметра трубопровода. Скорость должна быть такой, чтобы материал на всем протяжении трубопро вода перемещался без образования местных скоплений — «пробок».
Скорость потока, соответствующая этому условию, называют критической. Следовательно, в любой пневматической транспорт
ной установке |
действительная скорость по |
||
тока аэросмеси должна быть равна или |
|||
больше критической. |
|
|
|
Определение |
критической скорости при |
||
пневматическом транспортировании |
теорети |
||
ческим путем связано с |
большими трудно |
||
стями. Поэтому ее обычно определяют для |
|||
конкретных материалов |
опытным |
путем. |
|
В общем случае на частицу материала, |
|||
помещенную в восходящем потоке вертикаль |
|||
ного трубопровода, действуют сила тяжести |
|||
GMи сила воздействия на эту частицу потока |
|||
воздуха Рс (рис. 75). Опытами установлено, |
|||
Рис. 75. Схема взаимо что |
|
|
|
действия воздушного по |
Рс = W |
(ув — И)2, Н, |
(163) |
тока и материала |
|||
где Ф — коэффициент, |
зависящий от |
формы тела |
и состояния |
его поверхности; рв — плотность воздуха, кг/м3;
F — площадь миделева сечения (площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную скорости потока), м2;
vB — скорость воздуха, м/с;
и— скорость тела, м/с.
Взависимости от соотношения сил GMи Рс возможны три слу чая (потерей в весе тела, помещенного в воздушную среду, прене
брегаем): 1) сила |
JPC> G m— тело движется вверх; 2) сила Рс <' |
||||
< GM — тело движется вниз; |
3) |
сила Рс = |
GM (если |
тело не |
|
имело начальной |
скорости, то |
оно |
находится |
в покое). |
|
Так как скорость воздушного потока практически не является постоянной, то при Рс = GM частица колеблется относительно какого-то среднего положения, т. е., как говорят, «витает». Ско рость воздушного потока us, соответствующую этому состоянию, называют скоростью витания.
Вследствие разнообразной формы частиц перемещаемых ма териалов тела неправильной формы условно заменяют «эквивалент
ными шарами», которые имеют тот же объем и массу. Тогда |
|
* * g L = *£!£iL v,' |
(164) |
где рм — плотность материала, кг/м3, откуда |
|
" • - / т ^ Г ' и/с- |
<165> |
Для материалов минерального происхождения, имеющих форму шара, ф = 0,23 [171; тогда, произведя вычисления, получим
„ , = / - 2 ^ £ = |
. , м/с. |
(166) |
Для тел произвольной формы |
|
|
vs = C |
М/с, |
(167) |
где С — коэффициент, учитывающий |
крупность |
кусков. |
По данным [171, для тяжелых кусковых закладочных материа лов коэффициент С в зависимости от размера кусков можно при нимать по табл. 21.
Т а б л и ц а 21
|
Значение коэффициента крупности кусков С |
|
|||||
Размер кусков, |
мм |
0,5 |
1,0 |
5,0 |
10,0 |
20,0 |
30,0 и более |
Коэффициент С |
|
1,0 . |
1,0 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
В вертикальном потоке частицы материала перемещаются во взвешенном состоянии. При перемещении по горизонтальному тру бопроводу движение во взвешенном состоянии, как показывает опыт, возможно только при мелких материалах, а в общем случае при пневматическом транспортировании типично перемещение материала по горизонтальному трубопроводу скачками.
Для получения скачкообразного движения частиц рабочая скорость потока должна превышать скорость витания:
V* = nvs, м/с, |
(168) |
где п > 1 — коэффициент, принимаемый в зависимости от скоро сти витания и расстояния транспортирования.
Для закладочных материалов в виде дробленых горных пород коэффициент п можно принимать от 1,5 до 2.
На работу транспортных пневматических установок влияет массовая концентрация смеси, т. е. соотношение количества ма териала и воздуха, проходящего через данное сечение трубопро вода в единицу времени:
|
__ <?м |
кг |
материала |
|
(169) |
|
^ ~~ QB 9 |
кг |
воздуха |
9 |
|
|
|
||||
где |
Qhi— производительность пневмотранспортной установки, кг/ч; |
||||
|
QB— масса воздуха, кг. |
|
|
|
|
Чем больше концентрация, тем меньше расход воздуха. Однако |
|||||
при |
чрезмерно высокой концентрации наблюдается закупоривание |
||||
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
22 |
Значения длин трубопроводов, |
эквивалентных коленам |
|
||||
Угол отклонения трубопровода, |
8—12 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
градус |
||||||
Эквивалентная длина L , м |
3 |
10 |
12 |
15 |
25 |
50 |
трубопроводов, особенно в местах закруглений. Поэтому ре жим работы установки окончательно принимается после монтажа
и опытной |
эксплуатации. |
20 н- 50; для закладочных материалов |
||||
|
Для мелкого угля р, = |
|||||
\i = 6 -г- 10 (120—200 м? |
воздуха на 1 т материала). При расче |
|||||
тах |
принимают плотность воздуха при |
нормальном |
состоянии |
|||
рв |
= 1 ,2 кг/м3. Объем протекающего воздуха можно |
выразить |
||||
через скорость |
и площадь поперечного сечения трубопровода: |
|||||
|
|
|
VB= |
= 3600 5 ^ 2 ., |
м8, |
(170) |
откуда диаметр |
трубопровода |
|
|
|||
|
|
|
d=~\f3600пув ’ М* |
|
|
|
|
Падение |
давления в |
трубопроводах. |
Диаметр трубопровода |
||
не должен быть меньше 2,5-кратного размера наибольших кусков. Сопротивление трубопровода преодолевается за счет энергии, освобождающейся при расширении движущегося воздуха, что со провождается падением давления. Последнее определяется отдель но для воздухопроводов и для рабочих трубопроводов, по кото рым движется аэросмесь.
В общем случае трубопроводы состоят из горизонтальных, на клонных и вертикальных участков, а также колен, задвижек и про чих, так называемых местных сопротивлений. Поэтому для каж дого участка трубопровода падение давления определяется в от дельности.
Местные сопротивления заменяют эквивалентной длиной гори зонтального трубопровода (табл. 22), получая для каждого участка приведенную длину трубопровода. Расчет начинают с выхлопного конца трубопровода.
Падение давления в трубопроводе происходит из-за преодоления статических сопротивлений (сил трения) и сообщения кинетиче ской энергии воздуху и материалу, а также из-за затраты энергии на подъем аэросмеси в наклонных и вертикальных трубопрово дах. Статические потери в воздухопроводе определяют по форму лам газовой динамики.
Падение давления при движении аэросмеси больше, чем при движении чистого воздуха, и зависит от концентрации смеси, крупности и формы кусков, плотности, скорости транспортиро вания и размеров трубопроводов. Как показали опыты, па дение давления в горизонтальных трубопроводах, по которым движется аэросмесь, при прочих равных условиях, находится в линейной зависимости от падения давления при движении чис того воздуха и весовой концентрации.
Статические потери
|
A?-=V^wn^+p?-',*'Mna' |
<172> |
|||
где VB — объем перемещаемого воздуха, м3; |
|
||||
R = |
29,3 — газовая постоянная; |
|
|
||
Т° (К) — абсолютная |
температура окружающей среды; |
||||
X = Xо (1 + |
ф[х) — коэффициент |
сопротивления |
движению |
аэро |
|
Lnp = L + |
|
смеси; |
длина трубопровода, м; |
|
|
Ьэкв — приведенная |
|
||||
|
F |
поперечное сечение трубопровода, м2; |
|
||
|
р — давление в начале рабочего трубопровода, МПа; |
||||
|
d — диаметр трубопровода, м; |
трубопровода, |
|||
|
р 2 — давление на конце рабочего |
||||
|
|
близкое к атмосферному, принимаемое в сред |
|||
|
|
нем 0,125 МПа; |
|
|
|
|
ср — коэффициент, являющийся функцией скорости |
||||
Динамическое |
и диаметра трубопровода [17]. |
|
|
||
падение давления |
|
|
|||
|
Ардан = -дд- рв (! + Ро^)10-в, МПа, |
|
(173) |
||
где ро = 0,25 0,64 — коэффициент, учитывающий скорость ма териала, которая меньше скорости воз духа.
Для наклонного и вертикального трубопроводов падение да вления на подъем аэросмеси можно считать в р, раз большим, чем для чистого воздуха:
Ар„акл = ЦРв#, МПа. |
|
(174) |
Полное падение давления в системе |
|
|
Ар = ДрмЧАрдИНЧАрнакл -f-Армаш |
1, МПа, |
(175) |
где А/?маш — потери давления в 'питателе, ориентировочно |
Армаш= |
|
= 0,02-f-0,03 МПа, что примерно эквивалентно поте |
||
рям в прямом трубопроводе на |
длине 45 м. |
|
Давление, создаваемое компрессором, должно быть больше на величину потери давления в воздухопроводе от компрессора до питателя.
Основные элементы пневматических закладочных установок. Основным и наиболее ответственным элементом нагнетательной пневматической транспортной установки является загрузочное устройство — питатель. В пневматических установках для заклад ки выработанного пространства питатель принято называть
Загрузочный
бункер
Из Воздушной магистрали
11
взакладочный
трубопровод
—
Рис. 76. Камерная закладочная машина ПЗМ-1М
закладочной машиной. Принцип действия всех пневматических закладочных машин шлюзовой, т. е. они пропускают в трубопровод закладочный материал и препятствуют утечке сжатого воздуха.
Камерная пневматическая закладочная машина с автоматиче ским управлением ПЗМ-1М (рис. 76) состоит из двух камер, загру зочной воронки и ячейкового колеса, приводимого во вращение двигателем через редуктор. Клапаны открываются поворачива нием в сторону с помощью поршней цилиндров 3 и 4. Для обес печения плотного прилегания клапанов к воронкам предусмот рены вертикальные поршни. В нижней камере на вертикальном валу установлено ячейковое колесо, приводимое во вращение от двигателя через редуктор. Для уравнивания давления в камерах при перепуске материала предусмотрен золотник 7. Машина пере